COURS DISPONIBLE SUR INTERNET Serveur step.ipgp.jussieu.fr TICE Serveur de Cours I - INTRODUCTION II – PHENOMENES PHYSIQUES 4°) Convection Thermique 5°) Déformation 6°) Fusion - Cristallisation 7°) Erosion - Sédimentation Un milieu continu est soumis à des forces • exercées par l’intermédiaire des frontières (ex: réaction d’un support, pression): forces de surface. surface • exercées sur la matière contenue à l’intérieur (ex; le poids): forces de volume. volume Les contraintes La contrainte est une force divisée par une surface (comme la pression) σ=F/S (en N/m2 = Pa, ou en bar) La contrainte s’éxerce dans une direction (contrairement à la pression). Les contraintes On distingue trois grands types de contraintes: • Compression • Extension • Cisaillement La déformation La déformation exprime le changement de dimension d’un objet sous l’action d’une force. Elle se mesure sous forme d’un accroissement de dimension rapporté à la dimension d’origine (donc sans dimension) ε = ΔL/L (par exemple en %) Les modes de déformation On distingue trois grands modes de déformation: • Elastique : réversible, déformation du réseau • Ductile (plastique) : permanente, glissements d’atomes sans perte de cohésion • Fragile (rupture) : perte de cohésion Déformation σ ΔL ε = ----L L Relation entre σ et ε σ Plusieurs déformations σ ΔL ε = ----L L σ Plusieurs déformations σ L a ΔL ε1 = ----L Δa ε2 = ----a σ Déformations et contraintes. Contraintes faibles : régime élastique Contraintes intermédiaire : régime « plastique » Contraintes fortes : rupture Rupture plastique Dé Contrainte for ma tio né las tiq ue σ Déformation ε Déformation ductile L L - ΔL Déformation fragile (rupture) Déformation cassante (fragile) Faille sismique Faille inverse décalant un filon Stries sur miroir de faille Facteurs affectant la déformation • Température • Pression • Vitesse de déformation • Type de roche Régime élastique (comme un ressort) σ ε ε proportionnelle à σ: σ = λ ε, λ module “élastique” σ = λ ε, λ module “élastique” Unités : σ = contrainte = Pa (N/m2) ε = déformation = sans dimension λ = module = Pa (N/m2) Pour les roches λ ≈ 1010 Pa Contraintes ≈ 107 - 108 Pa donc ε ≈ 10-2 - 10-3 : TRES FAIBLE ε très faible, MAIS ΔL ε = --------L ε = 10-2 pour L ≈ 100 km, ΔL ≈ 1 km. Régime plastique σ ε ε n’est pas proportionnelle à σ. Déformations et contraintes. Contraintes fortes : rupture Rupture σ Contrainte Déformation ε Déformations et contraintes. Seuil de rupture σcritique ≈ 107 Pa Rupture σ Contrainte Déformation ε Facteurs affectant la déformation • Température • Pression • Vitesse de déformation • Type de roche Pression Profondeur (km) La pression Croûte océanique Profondeur (km) La température Croûte continentale Manteau Croûte océanique Profondeur (km) Stratification thermique = stratification rhéologique Croûte continentale Manteau Croûte océanique Plastique-ductile Fluage Profondeur (km) Elastique-cassant Croûte continentale Manteau A haute température : fluage σ ε A haute température : fluage σ Il n’y a plus de relation entre σ et ε. Relation entre σ et dε/dt. ε A haute température : fluage σ Relation entre σ et dε/dt. Régime visqueux: σ = µ dε/dt, µ est la viscosité ε Fluage visqueux σ = µ dε/dt . Unités: σ : Pa dε/dt : s-1 donc µ : Pa s. Pour le manteau terrestre: µ ≈ 1021 Pa s (huile de cuisine ≈ 10-1 Pa s) Rebond post-glaciaire h Différence de pression ≈ ρ g h ≈ σ (contrainte) Rebond post-glaciaire σ≈ρgh h ≈ 100 m, ρ ≈ 3 x 103 kg m-3 σ ≈ 2 x 106 Pa dε/dt ≈ σ/µ = 2 x 106/1021 = 2 x 10-15 s-1 ε = ΔL/L L ≈ 1000 km = 106 m d(ΔL)/dt = dL/dt = vitesse ≈ 2 x 10-9 m s-1 ≈ 6 cm/an (vitesse initiale) Forces tectoniques et déformations résultantes FORCES COMPRESSIVES Plissement Faille inverse FORCES EXTENSIVES Etirement et amincissement Faille normale FORCES DE CISAILLEMENT Cisaillement Faille de cisaillement (décrochement)